成功案例

谐波检测、诊断和解决

        现今,当轻微的电力问题变得明显之前,工业设施配电系统就可能已经接近奔溃了。其原因是不受控制的谐波电压和谐波电流。谐波是非常有害的,它们会烧坏马达和变压器——甚至引起一些小的不起眼但却与日俱增的损坏。谐波的累计效应只有当首次症状出现时才会被注意到。

谐波的原因:非线性负载

谐波是指其频率为基波频率整数倍的电压或电流。例如基波频率为50Hz,则3次谐波为150Hz,5次谐波为250Hz.谐波是由非线性负载所造成的。例如PC机,打印机,荧光灯,调速马达驱动,充电器以及电镀设备等。这些设备将从电路中获取跃变的脉冲波形电流而不是平滑的正弦波。结果是含有谐波的畸变电流回流到电力系统的其他地方。办公室的非线性负载通常是单相的,而工厂里通常是三相的。

谐波的影响

非线性负载只是在输入电压被控制的部分吸取电流。这样可以很好地提高效率,但却会在负载电流中引起谐波。随后,这些谐波会导致电力变压器和中线过热,以及断路器动作。而更为严重的是烧毁马达和变压器。

如果你观察系统中电压和电流的波形,问题就非常明显了。一个正常的50Hz的线路电压在示波器上几乎是一个很好的正弦波,如下图:

                                     

当谐波出现时,波形就失真了。

                                     

    即使没有明显的症状,谐波也会使系统的功率因数下降。工厂的经理没有一个愿意听到“负功率因数”一词。因为这意味着工厂将为此付出更多的电费。

 

首先解决单相费线性负载的问题

如果谐波源是保证你的工作的关键设备和装置而不能取消,那么解决谐波问题是极具挑战性的。步是检查谐波的存在和程度。我们称作步故障检测。检查的结果会提示一些解决方法,如重新分配负载,变压器降载使用或安装K因数变压器。检查首先要携带真有效值数字万用表和电流钳对电力设施进行测试。这里要进行5个基本的测量。

l  检查用电负载:查看一下用点负载的类型。如果有大量的PC机,打印机,可调速电机,固体电路控制加热器和某些类型的荧光灯,谐波存在的可能性就非常大。

l  检查变压器的温度:找到非线性负载供电的变压器,查看温度是否过高。同时要检查其散热的风扇没有被遮挡。

l  检查变压器的二次测电流:用仪表检查变压器的电流,下面是如何理解仪表的测量读数。

1.        首先检查所有测试仪器的电压等级是否满足被测的变压器。

2.        测量并记录变压器二次侧每相的电流以及中线电流。

3.        计算负载的kVA并和变压器铭牌上列出的数值进行比较,如果有谐波,即计算出的kVA值小于铭牌上的额定值,变压器仍可能过热。

4.        如果变压器二次侧是四线制系统,将测量的中线电流和预估的不平衡相电流数值比较。如果中线电流比预计的值高,那么就很有可能有三次谐波的存在,变压器就应该降载使用。

5.        测量中线电流的频率。中线上150Hz的电流数值大部分是三次谐波构成的。

l  检查辅配电盘的中线电流:检查给单相非线性负载供电的辅配电盘。测试每个支路中线的电流并和使用的电线的额定容量相比较。检查中线母线和馈线的发热和褪**况。此时,非接触红外测温探头(例如福禄克的80PK)是非常有用的。

l  检查插座上中线至地线的电压:插座支路的中线过载有时可以通过测量插座上中线至地的电压来发现。测量电压要在负载工作时进行。电压小于2V是正常情况。高于2V则表示有麻烦。再测量频率,150Hz表示有很强的谐波出现。50Hz表明三相不平衡。

特别要注意在地毯下的接线和办公室中通过三相导线共享中线的集中式电源接线板。因为这两种区域是计算机和办公设备多的地方,是中线过载常见的场合。

 

案例研究:减小三相系统谐波的影响

系统描述:下图表示的是一个三相电力配电系统的框图,它给2SCR控制的调速电机供电。其它负载还有几个感应马达和荧光灯照明系统。马达电路由480V供电,照明系统由227V供电。该系统设计为临界状态,它可以通过短路电流和负载电流的比计算出来。正常的比率应该是100:1以上,而本系统是22:1.

症状:马达效率下降,小的感应马达烧毁,荧光灯中的电容损坏。

解决方案:系统电压的谐波失真总量很高。20KVAR功率因数修正电容引起了问题。它在五次谐波附件产生了谐振。电力系统工程师采取了两个步骤:1)加倍变压器容量以改善供电能力。2)将电感与功率因数修正电容组串联让其在200Hz以上的频率失谐。

测量:迅速地估计系统的谐波程度。工程师利用配备电流钳的便携式谐波分析仪(例如福禄克F43B)进行3次测量。个测量(A点)表示谐波失真总量很高。第二个(B点)说明同样的问题。后一点(C点)表明存在比额定电流大许多的电流,足以经常烧毁35A的保险丝。这些快速的现场测量足以揭示谐波问题的严重性。进一步分析后,工程师发现偶次谐波是由可控硅闸流系统的失灵而引起的。谐波还导致马达和荧光灯电容发生故障。

           

总结

本文的第二部分还将深入讨论从上面测量中获得的读数。还将看一下利用谐波表获得的波形并分析系统中完整的谐波频谱。

          

 

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